Cum se calculează puterea, curentul și tensiunea: principii și exemple de calcule pentru condițiile casnice
Proprietarii de apartamente, case private și alte obiecte electrificate se confruntă adesea cu problema determinării valorilor cantităților electrice de bază, deoarece calcularea puterii pe baza puterii admisibile a curentului și a unei tensiuni cunoscute sau rezolvarea problemei inverse nu este foarte simplă. .
Aplicarea directă a binecunoscutei legi lui Ohm fără a ține cont de caracteristicile rețelelor și dispozitivelor de uz casnic poate duce la un rezultat incorect.
În acest material vom înțelege ce este puterea și vă vom spune cum să calculați acest indicator.
Conținutul articolului:
Concepte de bază ale cantităților
Calculele electrice se bazează pe relații binecunoscute dintre curent (I, Amperi), tensiune (U, Volt), valoarea puterii (P, Watt) și rezistență (R, Ohm). Calculele practice necesită de obicei cunoașterea valorilor primelor trei.
Vă avertizăm că expresiile numerice ale valorilor enumerate nu sunt suficiente - sunt necesare caracteristici suplimentare care să dezvăluie modul de consum de energie.
Puterea curentului electric
Calculul secțiunii transversale suficiente a conductorilor și a valorii nominale a întreruptorului pentru o anumită ramură a rețelei electrice se efectuează în funcție de valoarea puterii maxime posibile a curentului pentru această secțiune. Acest lucru este necesar pentru a preveni ca cablurile să ia foc, ceea ce duce adesea la un incendiu.
Muncitorii parametrii mașinii iar RCD-urile sunt selectate în conformitate cu cerințele de reglementare.Pentru a determina secțiunea transversală admisă a miezurilor în funcție de puterea maximă posibilă a curentului, este necesar să folosiți tabelul furnizat de producătorul produsului, deoarece cablurile sunt cel mai adesea produse conform specificațiilor și nu conform GOST.
Deoarece puterea curentului electric poate fi calculată pe baza puterii consumate de dispozitive și a tensiunii rețelei, este necesar să se determine corect valorile acestor doi indicatori.
Tensiune casnica
Mulți proprietari de apartamente cred că tensiunea de fază standard pentru nevoile casnice este de aproximativ 220 V. În cele mai multe cazuri, acest lucru este adevărat. Cu toate că GOST 29322-2014 din 10.01.2015 in cadrul Federatiei Ruse urma sa fie o tranzitie la un sistem de 230 V compatibil cu tarile CEE.
O abatere de 5% de la standard este acceptabilă pentru orice perioadă și de 10% pentru o perioadă care nu depășește 1 oră. Astfel, conform vechilor reguli, valoarea tensiunii poate fluctua în intervalul de la 198 la 242 V, iar în conformitate cu GOST curent - de la 207 la 253 V.
Există, de asemenea, cazuri când tensiunea în rețea pentru o lungă perioadă de timp este semnificativ mai mică decât cea standard. Această situație apare atunci când puterea totală a aparatelor electrice conectate la ramură este mult mai mare decât era planificată și când majoritatea dintre ele sunt pornite, are loc o „reducere a rețelei”.
Această problemă apare în zona de responsabilitate a organizațiilor responsabile cu furnizarea de energie electrică și este asociată cu supraîncărcarea transformatoarelor de distribuție, deteriorarea stațiilor sau secțiunea transversală insuficientă a firului.
Pentru a afla sensul tensiune reală trebuie să faceți periodic măsurători folosind un voltmetru. Dacă indicatorii fluctuează foarte mult, atunci este necesar să se utilizeze stabilizator sau un convertor mai scump cu funcție de stocare a energiei electrice.
Nuanțe în conceptul de putere a aparatelor electrice
Toate dispozitivele care consumă energie electrică au un astfel de parametru precum puterea. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât dispozitivul ia mai multă energie din circuit.
Există trei tipuri de putere:
- Activ (P). Caracterizează rata de conversie a energiei electrice într-o altă formă, de exemplu electromagnetică sau termică. Trebuie luat în considerare atunci când se calculează costurile ireversibile ale energiei electrice și, prin urmare, costul de funcționare a dispozitivului. Unitatea de măsură – W.
- reactiv (Q). Caracterizează energia care vine de la sursă (transformator) la elementele reactive ale consumatorului (condensatori, înfășurări ale motorului), dar apoi revine aproape instantaneu la sursă. Unitatea de măsură este W sau var (interpretarea este volt-amper reactiv).
- plin (S). Caracterizează sarcina pe care consumatorul o impune elementelor circuitului. Este utilizat la calcularea ariei secțiunii transversale a cablului și alegerea evaluării mașinilor, adică puterea curentului este calculată pe baza puterii complete a tuturor aparatelor electrice conectate la circuit. Unitatea de măsură este W sau V*A (V*A – volți amperi).
Toți acești parametri pot fi recalculați prin unghiul de fază care apare între vectorul de tensiune și curent (f):
P = S *cos(f);
Q = S *păcat(f);
S2 = P2 + Q2.
Dispozitivele de uz casnic în care puterea totală poate depăși semnificativ puterea activă includ frigidere, mașini de spălat, lămpi fluorescente și unele de economisire a energiei, precum și unități electronice de putere.
Există, de asemenea, un lucru precum puterea de vârf sau de pornire. Cert este că accelerarea motoarelor necesită mult mai mult efort decât menținerea rotației acestora. Prin urmare, atunci când porniți aparate precum un frigider sau o mașină de spălat, apare o supratensiune pe termen scurt a sarcinii pe o secțiune a circuitului.
Curenții de pornire pot fi de câteva ori mai mari decât curenții de funcționare. La calcularea necesarului secțiuni de cablu Atunci când selectați valoarea nominală a mașinii, aceasta trebuie luată în considerare.
Pentru a face acest lucru, trebuie să determinați dispozitivul cu cea mai mare diferență de putere de pornire și de funcționare și să îl adăugați la valoarea totală. Curenții de pornire ai altor dispozitive pot fi ignorați, deoarece probabilitatea de activare simultană a motoarelor pentru diferiți consumatori este practic zero.
Relații liniare și de fază
În zilele noastre, practica conectării obiectelor de uz casnic la rețelele electrice trifazate a devenit larg răspândită.
Acest lucru este justificat din următoarele motive:
- Consum semnificativ de energie. În acest caz, conectarea unei rețele monofazate de mare putere va fi foarte irațională din cauza secțiunii transversale mari a cablului și a consumului mare de material al transformatorului.
- Disponibilitatea dispozitivelor care funcționează în trei faze. Implementarea unui circuit pentru conectarea unui astfel de dispozitiv la un circuit monofazat nu este foarte simplă și este plină de interferențe care apar, de exemplu, la pornirea unui motor asincron.
Există două moduri de a conecta dispozitive trifazate - „stea” și „triunghi”.
În circuitele de tip stea, curenții liniari și de fază sunt identici, iar tensiunea liniară este de 1,73 ori mai mare decât tensiunea de fază:
eul = euf;
Ul = 1.73 * Uf.
Această formulă explică raportul de tensiune cunoscut pentru rețelele industriale de uz casnic și de joasă tensiune cu o frecvență de 50 Hz: 220 / 380 V (conform noului GOST: 230 / 400 V).
Cu o conexiune triunghiulară, dimpotrivă, tensiunea este aceeași, iar curenții liniari sunt mai mari decât curenții de fază:
eul = 1.73 * euf;
Ul = Uf.
Aceste formule pot fi utilizate numai cu sarcini de fază simetrice. Dacă consumul de curent între cabluri este diferit (receptor dezechilibrat), atunci calculele sunt efectuate folosind regulile algebrei vectoriale, iar curentul de egalizare rezultat este compensat de firul neutru. Cu toate acestea, pentru rețelele cu aparate electrocasnice conectate, astfel de cazuri sunt rare.
Relația dintre cantitățile de bază
Cea mai frecventă sarcină cu care se confruntă consumatorii obișnuiți este calcularea puterii curente reale. Deci, cum se calculează corect amperajul pe baza valorilor cunoscute de tensiune și putere? Este necesar să se rezolve prin justificarea valorilor secțiunii transversale ale miezurilor și a ratingului mașinii, având informații tehnice despre dispozitivele care vor fi alimentate în acest circuit.
După calcularea curentului, sunt adesea selectate cablurile cu cea mai mică secțiune transversală admisă. Cu toate acestea, acest lucru nu este întotdeauna corect, deoarece o astfel de soluție duce la restricții semnificative atunci când este necesar să adăugați noi aparate electrice în rețea.
Uneori este necesar să se efectueze calcule inverse și să se determine ce putere totală poate fi conectată la dispozitive la o tensiune cunoscută și un curent maxim admisibil, care este limitat de cablajul existent.
Puteți rezolva aceste două probleme pentru un circuit monofazat folosind o formulă simplă:
eu = S / U;
S = U * eu,
Unde S – puterea totală totală a tuturor consumatorilor de electricitate.
Pentru a rezolva problema calculării curentului folosind valori cunoscute sau calculate ale puterii și tensiunii într-un circuit trifazat, trebuie să cunoașteți sarcina totală impusă fiecărei faze.
Atât secțiunea transversală necesară a miezurilor de cablu, cât și valoarea nominală minimă admisă a mașinii sunt selectate în funcție de cea mai aglomerată linie, având în vedere că:
S = 3 * max{S1, S2, S3}.
eu = S / (U * 1.73).
Puterea admisibilă pentru fiecare fază poate fi calculată folosind următoarea formulă:
S1,2,3 eu * U / 1.73,
Unde eu – curent maxim admisibil pentru cablajul existent.
Concluzii și video util pe această temă
Calculul intensității curentului în funcție de putere pentru selectarea secțiunii transversale a cablului:
Determinarea consumului de energie al grupurilor de aparate electrice folosind exemplul unei case private:
Puteți calcula puterea curentului pentru a determina parametrii de cablare sau puteți determina singur puterea admisă într-un circuit existent. Pentru a rezolva corect problema, este necesar să țineți cont de nuanțele care apar în practică și nu doar să folosiți formule binecunoscute care funcționează în condiții „ideale”.
Dacă aveți întrebări despre subiectul articolului sau puteți adăuga informații interesante acestui material, vă rugăm să lăsați comentariile dumneavoastră în blocul de mai jos.
Circuitele trifazate sunt de obicei utilizate în producție, deoarece acolo este nevoie de o putere mare. În case și apartamente, o singură fază este suficientă. Puteți face calcule sau vă puteți aminti: pentru iluminare, este suficient un fir de cupru cu o secțiune transversală de 1,5 mm pătrați, dar pentru prize este mai bine să luați o secțiune transversală de 2,5. Acest lucru este suficient pentru aparatele de uz casnic. Dar încălzitoarele mari de apă sunt alimentate de un cablu separat cu o secțiune transversală de 4 kV și conectate la o linie separată cu propriul întrerupător automat.
Nu înțeleg, dacă totul este atât de simplu și standard pentru fiecare apartament, atunci de ce sunt date aceste informații mai sus? „Puteți face calcule sau puteți doar să memorați.” Și cum funcționează? De ce să le facem atunci dacă știm deja rezultatul. Aceasta este o afirmație foarte controversată; dacă aș fi în locul tău, aș încetini cu astfel de declarații și comentarii, altfel vei crea probleme cuiva.
O zi bună, Sergey.
Ai dreptate - nu este atât de simplu. Comentariul lui Vladimir se bazează pe informațiile care circulă în rețea - adesea „uită” de „Regulile pentru construcția instalațiilor electrice” și vorbesc despre secțiunile transversale ale cablajului apartamentului, după cum urmează: „de obicei se folosesc fire...” și apoi se vorbește despre 1,5, 2,5 pătrate, despre care a menționat Vladimir.
PUE, subliniez, necesită calcule, atenționând: dacă rezultatul este mai mic decât secțiunea minimă dată în tabel, trebuie folosită secțiunea tabelată. Am atașat comentariului meu o captură de ecran a acestei cerințe.